Alternaria brassicicola es un hongo patógeno necrotrófico de plantas que causa la enfermedad de la mancha negra en una amplia gama de huéspedes, particularmente en el género Brassica , incluidos varios cultivos económicamente importantes como el repollo, la col china, la coliflor, las semillas oleaginosas, el brócoli y la canola. [1] [2] [3] Aunque se lo conoce principalmente como un patógeno vegetal importante, también contribuye a varias afecciones alérgicas respiratorias como el asma y la rinoconjuntivitis . [4] A pesar de la presencia de genes de apareamiento, no se ha informado de ninguna etapa de reproducción sexual para este hongo. [5] [1] [3] En términos geográficos, es más probable que se encuentre en regiones tropicales y subtropicales, pero también en lugares con mucha lluvia y humedad como Polonia . [3] También se ha encontrado en Taiwán e Israel . [6] [7] Su principal modo de propagación es vegetativo. Los conidios resultantes residen en el suelo, el aire y el agua. [3] Estas esporas son extremadamente resistentes y pueden pasar el invierno en los restos de cultivos y en las plantas herbáceas que hibernan. [3]
Los conidios de A. brassicicola son abundantes en el ambiente exterior desde los meses de mayo hasta finales de octubre en el hemisferio norte, alcanzando su punto máximo en junio y nuevamente en octubre. [4] Los conidios son de color marrón oscuro [8] y de paredes lisas, de hasta 60 x 14 μm. [9] [2] Los conidios tienen forma cilíndrica a oblonga, son muriformes y se producen en cadenas de 8-10 esporas. [9] Están firmemente adheridos a conidióforos [4] que son de color marrón oliva, septados y crecen hasta un rango superior de 100-200 μm, aunque esta longitud total puede variar. [8] Los conidios se encuentran en una estructura continua, similar a una cadena, pero también se ha observado ramificación en la base. [2] Aunque los conidios se pueden propagar por la lluvia, el medio de propagación más común es a través del aire. [4] El hongo crece en la cera epidérmica de las hojas de las plantas, particularmente de las Brassicaceae , y prefiere un ambiente con alta humedad y un rango de temperatura de 20 a 30 °C (68 a 86 °F). [3] Macroscópicamente, el micelio exhibe una gama de colores: sin pigmentación cuando es joven, a gris oliva, gris negruzco en la madurez. [9] [2] Las colonias de A. brassicicola tienden a ser de color marrón oscuro o negro. [2]
Históricamente, gran parte de la investigación inicial sobre el hongo se basó en los mecanismos de defensa de las plantas. Sin embargo, una vez que se secuenció su genoma , los esfuerzos se centraron en identificar los genes involucrados en la interacción huésped-parásito. [1] Uno de los pioneros de la investigación genética sobre Alternaria brassicicola fue el grupo Lawrence del Instituto de Bioinformática de Virginia y el Centro del Genoma de la Universidad de Washington. [1] Los medios más comunes utilizados para el crecimiento de A. brassicicola son PDA ( agar dextrosa de papa ) y agar de jugo V8 . In vitro y en condiciones óptimas, las colonias crecen rápidamente y aparecen de color verde oscuro o blanco grisáceo. La esporulación espontánea ocurre a 25 °C en la oscuridad en medio PDA. [3]
Horas después de la inoculación:
Existen tres fuentes principales de infección: semillas infectadas cercanas, esporas de restos vegetales en la capa superficial del suelo y malezas del género Brassica, y esporas transportadas por el viento y el aire desde lugares más lejanos. [3] Las hojas infectadas pueden esparcir sus esporas hasta un diámetro de 1800 m. También existen tres puntos de entrada principales a la célula huésped: penetración epidérmica , penetración estomática y penetración a través de un insecto. [3] El contacto con la célula huésped desencadena la liberación de varias enzimas que degradan la pared celular y permiten que el hongo se adhiera a la planta y comience la degradación. [10] El modo de ataque sugerido es a través de toxinas específicas del huésped, principalmente toxinas AB , que inducen la muerte celular por apoptosis . [3] Esto da como resultado lo que parecen abolladuras y lesiones en la planta huésped. [3] Estos son círculos concéntricos marrones con un tinte amarillo en la circunferencia, generalmente de unos 0,5 a 2,5 cm de diámetro. [11] [5] [1] La necrosis generalmente se puede observar dentro de las 48 horas posteriores a la infección. [11] Las esporas pueden residir en la cubierta externa de las semillas infectadas, pero el micelio también puede penetrar debajo de la cubierta de la semilla, donde tiene la capacidad de permanecer viable durante varios años. [1] Ocasionalmente, incluso puede penetrar el tejido embrionario . [6] El modo principal de transmisión es a través de semillas contaminadas. [5] Además, la infección no se limita a áreas específicas de la planta huésped; puede propagarse por todas partes e incluso causar el marchitamiento de las plántulas en una etapa relativamente temprana. [3] También afecta a las especies huésped en varias etapas de desarrollo. [9] Como se mencionó anteriormente, las plántulas exhiben lesiones oscuras en el tallo seguidas del marchitamiento. Se pueden observar manchas negras aterciopeladas, parecidas al hollín, en plantas más viejas. [9] La patogénesis se ve afectada por factores como: temperatura, humedad, pH, especies reactivas de oxidación, moléculas de defensa del huésped. [3]
De los 10.688 genes predichos del genoma de A. brassicicola , 139 codifican pequeñas proteínas de secreción que pueden estar implicadas en la patogénesis, 76 codifican lipasas y 249 codifican glicosil hidrolasas que son importantes para la digestión de polisacáridos , dañando potencialmente las células del huésped. Por el contrario, las mutaciones en genes como AbHog1 , AbNPS2 y AbSlt2 afectan la integridad de la pared celular y hacen que el hongo sea más susceptible a las defensas del huésped. Actualmente, se están realizando investigaciones para identificar el gen o los genes responsables de codificar un factor de transcripción , Bdtf1, importante para la desintoxicación de los metabolitos del huésped . [1]
La toxina más común estudiada para A. brassicicola es la toxina AB, que se dice que está relacionada con la virulencia , patogenicidad y rango de hospedadores del hongo. [3] Lo más probable es que se produzca durante la germinación de los conidios y probablemente esté relacionada con la capacidad del hongo para infectar y colonizar las hojas de Brassica [10] Sin embargo, estudios recientes han explorado nuevos metabolitos potenciales. Por ejemplo, este hongo también produce inhibidores de la histona deacetilasa , pero estos no tienen un impacto significativo en el tamaño de la lesión. [3] Algunos estudios muestran solo una reducción del 10% en la virulencia. [1] Además, el alternariol y el ácido tenuazónico parecen afectar las vías de apoptosis mediadas por mitocondrias y la síntesis de proteínas respectivamente (en la célula huésped), pero nuevamente, no en un grado significativo. Algunas citocinas se han relacionado con la decoloración asociada con la infección por A. brassicicola . [3] Las enzimas que degradan la pared celular, como las lipasas y las cutinasas, también están relacionadas con su patogenicidad, pero se necesitan más pruebas de su eficacia. [1] Un factor de transcripción importante es AbPf2. Regula 6 de los 139 genes que codifican pequeñas proteínas de secreción y puede tener un papel en la patogénesis, específicamente en la digestión de la celulosa. [1]
Para proteger sus cultivos, muchas personas tratan previamente sus semillas con fungicidas . [3] Los ingredientes activos más extendidos en estos fungicidas son la iprodiona y las estrobilurinas . [3] En 1995, se informó que la iprodiona probablemente actúa mutando dos residuos de histidina en el sitio objetivo de las enzimas. [5] En última instancia, inhibe el crecimiento del tubo germinativo. [6] Sin embargo, el uso omnipresente de fungicidas ha provocado que el hongo se vuelva cada vez más resistente. [6] Por lo tanto, se han explorado diferentes enfoques no químicos. Las personas han tratado de desarrollar cultivos de Brassicaceae resistentes a través del mejoramiento. Sin embargo, esto ha resultado ser un desafío debido a la dificultad de transferir genes de cepas de tipo silvestre a cepas cultivadas, lo que resulta en cuellos de botella genéticos . Se complica aún más por la probabilidad de que la resistencia parezca ser un rasgo poligénico . También hay algunas plantas de Brassica que han desarrollado resistencia al patógeno de forma natural. La alta actividad de fenolasa , el alto contenido de azúcar en las hojas y las capas de cera más gruesas reducen la germinación de esporas transmitidas por el agua. Se ha demostrado que la presencia de camalexina en la planta huésped ayuda a esta a interrumpir el desarrollo de patógenos. Por ejemplo, un mutante de Arabidopsis en el gen pad-3 que no produce camalexina es más susceptible a la infección. Los niveles variables muestran diferentes niveles de resistencia. [3] Otra sugerencia planteada es el manejo de los restos de cultivo. El objetivo es minimizar la exposición de las plantas de cultivo a las esporas presentes en el suelo mediante el uso de la rotación de cultivos y el control de malezas. [3]
También se han estudiado enfoques biológicos. Un enfoque ha sido el uso de hongos antagonistas como Aureobasidium pullulans y Epicoccum nigrum para atenuar el efecto de A. brassicicola . [3] Las plantas C. fenestratum y Piper betle también muestran una potente actividad fungicida contra A. brassicicola tanto in vitro como en condiciones de invernadero. Estos niveles son comparables a la iprodiona. El compuesto activo, la berberina , afecta la integridad de la pared celular y la biosíntesis de ergosterol . [6] Los extractos de etanol de las raíces secas de Solanum nigrum (solanácea negra), utilizados tradicionalmente como remedios herbales en lugares que van desde el Lejano Oriente hasta la India y México , también muestran una prometedora actividad antifúngica. Parecen suprimir la germinación de los conidios, posiblemente al interferir con la toxina AB. [7]
Como se mencionó anteriormente, Alternaria brassicicola causa enfermedades graves de mancha negra en varios cultivos de importancia ecológica. A menudo, se presenta junto con Alternaria brassicae . Sin embargo, es la especie invasora más dominante. Estas infecciones conducen a una pérdida significativa de semillas viables y productos. Las lesiones resultantes reducen en gran medida el área fotosintética disponible, lo que conduce al marchitamiento y la muerte de las plantas. Los cultivos como las coles infectadas no duran mucho tiempo durante el almacenamiento o el transporte. [3] En algunos casos, las reducciones de rendimiento pueden ser de hasta un 20-50%. [1] La falta de capacidad para utilizar fungicidas hace que sea difícil mantener los cultivos orgánicos de una manera rentable. [10]